达瓦尔克拉通

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January 20, 2022

达尔瓦尔克拉通是一个形成于 3.6-25 亿年前(Ga)之间的太古代大陆地壳克拉通,位于印度南部,被认为是印度半岛最古老的部分。2010 年代的研究表明,该克拉通可分为三个地壳块,因为它们显示出不同的增生历史(即块碰撞的历史)。克拉通包括西部、中部和东部地块,三个地块被多个剪切带分隔。达尔瓦尔克拉通的岩性主要为TTG(Tonalite-trondhjemite-granodiorite)片麻岩、火山-沉积绿岩层序和钙碱性花岗岩。西部达瓦尔克拉通包含最古老的基底岩石,绿岩序列在 3.0-3.4 Ga 之间,克拉通中部地块主要为混合质TTG片麻岩,东部地块为2.7Ga绿岩带和钙碱性岩体。来自核幔边界的地幔柱)、俯冲洋壳的熔融和加厚的洋弧壳的熔融。大洋弧壳和地幔上涌的持续融化在达瓦尔克拉通上空产生了TTG和sanukitoid岩体。俯冲大洋地壳的融化和加厚的大洋弧壳的融化。大洋弧壳和地幔上涌的持续融化在达瓦尔克拉通上空产生了TTG和sanukitoid岩体。俯冲大洋地壳的融化和加厚的大洋弧壳的融化。大洋弧壳和地幔上涌的持续融化在达瓦尔克拉通上空产生了TTG和sanukitoid岩体。

区域地质概况

由于达瓦尔克拉通位于印度南部,地理上被阿拉伯海、德干圈闭、东高止山脉移动带和南部花岗岩带包围。传统上,达瓦尔克拉通包括西部区块和东部区块。Chitradurga绿岩带东部边界的糜棱岩带是西部块体和东部块体的边缘。Chitradurga绿岩带是一条细长的线状上地壳带,南北长400公里。克拉通化是形成具有足够稳定大陆质量的克拉通的重要过程。从地块的年龄来看,西部地块较老,克拉通化年龄在 3.0 Ga 左右,东部地块较年轻,克拉通化年龄在 2.5 Ga 左右。

岩性

TTG 片麻岩

TTG 岩石是侵入岩,具有石英和长石的花岗岩成分,但钾长石含量较低。在太古宙克拉通,TTG岩石通常存在于板块俯冲和熔融形成的基岩中。在达瓦尔克拉通可以发现两种片麻岩,包括典型的TTG型片麻岩(即传统的TTG,主要成分为石英和斜长石)和深灰色的TTG带状片麻岩(钾长石比典型的TTG片麻岩相对多) ):

火山-沉积绿岩序列

绿岩是在地球形成初期的火山喷发中形成的镁铁质变质成超镁铁质火山岩。火山-沉积绿岩序列占据了太古宙地壳记录的大部分,约占 30%。西部地块包括具有充足沉积物的绿岩层序,而中部地块和东部地块包括具有足够火山岩但少量沉积物的绿岩层序。

Sanukitoids(钙碱性花岗岩)

Sanukitoids是具有高镁成分的花岗岩类,通常由太古宙的板块碰撞事件形成。在达瓦尔克拉通,西部地块没有 sanukitoid 记录。但中部地块花岗岩侵入体较多,东部地块较少。

深海花岗岩

深熔花岗岩是先存的地壳岩石部分熔融形成的岩石,比达尔瓦克拉通的TTG和绿岩相对年轻。花岗岩通常穿过较旧的岩石。

变质记录

岩石在俯冲时经历高温高压,导致岩石的化学变化和结构变化(即变质作用)。变质岩的矿物组合可以告诉我们,当它们处于变质作用的峰值(压力和温度最高的过程)时,温度和压力有多高。达瓦尔克拉通的变质岩通常记录了从角闪岩相到麻粒岩相的矿物组合:

太古宙地壳增生

吸积是指板块之间的碰撞导致板块俯冲。地壳吸积在达瓦尔克拉通很重要,因为吸积引起的持续火山喷发导致了太古宙长英质大陆地壳的形成。为了找出太古宙地壳增生发生的时间,可以使用铀铅(U-Pb)衰变等亲子同位素测年来找出事件的年龄。根据TTG片麻岩的锆石U-Pb年龄从达瓦尔克拉通开始,有 5 次主要的吸积事件导致了太古宙长英质大陆地壳的形成。这些事件发生的年龄范围为3450-3300、3230-3200、3150-3000、2700-2600和2560-25.2亿年前(Ma)。西部地块记录了两个最早的地壳增生事件,发生在3450 Ma和 3230 毫安。由于这两个事件导致了绿岩火山活动的广泛分布,两次事件的大陆增长速度都很快。中央地块记录了4次主要的吸积事件,分别发生在3375 Ma、3150 Ma、2700 Ma和2560 Ma。同位素资料表明,2700~2600 Ma和2560~2520 Ma期间,长英质地壳增生引起的大陆生长规模较大,导致了当时的大规模绿岩火山活动。东部地块记录了 2700 Ma 和 2560 Ma 发生的 2 次最新的主要吸积事件,具有大陆性的大规模增长。同位素资料表明,2700~2600 Ma和2560~2520 Ma期间,长英质地壳增生引起的大陆生长规模较大,导致了当时的大规模绿岩火山活动。东部地块记录了 2700 Ma 和 2560 Ma 发生的 2 次最新的主要吸积事件,具有大陆性的大规模增长。同位素资料表明,2700~2600 Ma和2560~2520 Ma期间,长英质地壳增生引起的大陆生长规模较大,导致了当时的大规模绿岩火山活动。东部地块记录了 2700 Ma 和 2560 Ma 发生的 2 次最新的主要吸积事件,具有大陆性的大规模增长。

地壳返工事件

地壳再加工意味着旧岩石(原石)被破坏并再生为新岩石。如果地壳经历了地壳改造事件,则大陆地壳相对较旧。对于经历了地壳改造的岩石,锆石等难以熔化的矿物质保存在改造后的岩石中。在返工事件中会形成一些年龄较小的新锆石。地壳返工事件发生在3100~3000 Ma的时间范围内。 3 个地壳块均记录了 2520 Ma 由于 Superia 超大陆的最终组装而发生的地壳改造事件。对于西部街区,有两个返工事件。第一个事件发生在 3100-3000 Ma 占花岗岩的就位。第二次改造事件导致 2640-2600 Ma 的花岗岩就位。对于中央区块,3140 Ma 发生的事件被认为是最早的地壳改造事件,原因是克拉通中块 3230-3140 Ma 之间的 TTG 吸积事件。块,发生在 2640-2620 Ma。返工事件与 2700 Ma TTG 吸积事件的绿岩火山作用有关。

形成与演化

板内热点模型

3400 Ma之前,地幔上涌的岩浆形成了板内热点环境。上涌的岩浆在大洋地壳中形成了科马提岩和科马提岩玄武岩的大洋高原。

大洋地壳的两阶段熔融

地幔柱热点形成后, 构造背景之后发生了俯冲洋壳熔融和加厚洋弧壳熔融两阶段的熔融。 3350 Ma, 由于洋脊的推力海洋扩张中心(洋中脊),一些洋壳俯冲到地幔之下。俯冲导致俯冲地壳熔融,形成岩浆上升至洋壳,形成大洋岛弧壳。3350~3270 Ma期间,板片熔融形成的镁铁质至超镁铁质含水熔体熔化了增厚大洋的基底。弧壳,形成了TTG熔体,以及大洋弧壳中TTG的岩浆原岩。3230~3100 Ma期间,大洋岛弧壳、TTG和大洋高原的连续碰撞,前一阶段形成的大洋岛弧幼年地壳熔融,在3200 Ma形成了长长长花岩岩体。长长长花岩侵位产生热量和流体,导致熔融,使低密度的TTG地壳上升,而高密度的绿岩火山下沉,在TTG和绿岩之间形成了圆顶-龙骨结构。

过渡 TTG 阶段

中部和东部地块记录的过渡型TTG形成于2700~2600 Ma。过渡型 TTG 中的不相容元素相对丰富。不相容元素的富集可能是大角度俯冲以及地幔楔与俯冲地壳熔体之间的化学相互作用的原因。2700 Ma期间,达尔瓦克拉通中东部块体发育成微大陆。微大陆的风化和侵蚀导致大量碎屑进入海底和俯冲带。因此,具有大量沉积物的俯冲板片由于大角度俯冲将不相容的元素带入地幔。地幔楔与板块相互作用,导致楔中不相容元素的部分富集,产生镁铁质至中间岩浆。 2700~2600 Ma期间,镁铁质岩浆在大洋弧壳下上升并聚集,导致增厚、不相容元素富集的弧壳部分熔融,它们的岩浆混合形成过渡型TTGs。

从洋壳熔融转变为地幔熔融

在过渡期TTG吸积后,不灵活的俯冲洋壳破裂并落入软流圈,导致地幔在原有地壳下上涌。上涌的地幔岩石上升至浅层,使上地幔熔融,生成中基性至基性岩浆。然后,岩浆侵入地壳中部。它在岩浆房中经历了分化。岩浆的热量传递到围岩中,导致片麻岩部分熔融,形成钙碱性花岗岩。

Sanukitoid岩浆作用

Sanukitoids是在新太古代岩浆吸积事件中形成的,起源于低二氧化硅和高镁的地幔。 sanukitoid岩浆可以通过板块俯冲或羽流设置产生。俯冲产生的sanukitoid可能导致地幔楔的化学变化和楔的熔化。橄榄岩地幔楔与中长英质熔体混合。这可以通过之前 TTG 熔体的混合来解释。羽流设置产生的sanukitoids会导致sanukitoid侵入高镁低二氧化硅。sanukitoid岩浆作用与3450-3000 Ma期间的TTG吸积事件无关。岩浆作用之后是2600 Ma的过渡TTG吸积事件,仅发生在中部和东部地块。由于sanukitoids富含不相容元素和相容元素,而TTGs则没有,这表明sanukitoid岩浆作用的出现表明了2600-2500 Ma期间从洋壳熔融到地幔熔融的构造变化。

俯冲带的关闭

2560~2500 Ma期间,三个地块结合形成达尔瓦尔克拉通,所有俯冲带闭合,随后在2535~2500 Ma期间由于地幔放热发生区域变质作用。最终的克拉通化在 2400 Ma 通过缓慢冷却完成。

对全球地壳历史的影响

也可以看看

俯冲带变质作用年代学热年代学岩浆分化

参考